集中供暖系统的控制与调度探讨

2018-06-27任晓东

现代工业经济和信息化 2018年6期

任晓东

（太原市热力集团有限责任公司，山西太原 030000）

引言

长期以来，我国建筑能耗约占社会总能耗的20～25%，仅次于工业能耗，而采暖能耗约占建筑能耗的65%。伴随中国城镇化的急速增长，集中供热迅猛发展，城市集中供热面积快速增加，建筑能耗和采暖能耗也越来越大。我国供热领域十几年来发展较好，供热技术不断革新，供热系统日益完善，但仍存在能耗过高的现象。面对日益恶化的大气环境——北方冬季“雾霾”，国家相关部门提出并实施了拆除小锅炉、关停小电厂等政策，这对供暖企业提出了更高的要求。如何能利用有限的资源，既满足用户的用热需求，又能做好节能减排工作，改善冬季环境，这就对企业在能耗控制与精细化管理提出了更高的要求。

1 概况

以太原市某热力公司为例，该公司经过十八年的建设发展，至今总供热面积已达到3 000多万m2，系统中最主要的热源来源为某热电厂，该热电厂分六期、七期共有4台供热机组。一次管网的设计温度在130℃/70℃，设计压力为1.6 MPa/0.25 MPa。该热力公司所属换热站均为间供换热，即电厂与热用户间用换热站隔开，热源厂与换热站之间通过一次网连接，换热站与热用户间利用二次网连接。该热力公司于2013年采用合同能源管理的模式[1]，通过原有系统的改造、升级，建立了一套集中供热计算机综合监控系统，实现了全网的“均匀性调节”。该热力公司热网属于大型集中供热系统，采用的是热电联产形式，目前通过人工调控的方式来完成系统的调度与管理，同时结合天气预报，将热源需求发送至电厂调度人员手中，实现了科学的“热源调度”。

2 均匀性调节

2.1 同一时段全网的均匀性调节

分散采暖可以通过建筑保温来实现节能目标，但是对于集中供热，仅仅建筑本身的节能是不够的，必须关注供热系统的节能[2]。热网的传统设计是保证用户的用热需求，因此在热网运行时如果不做任何调节，必然的结果是热源最利（一般为前端）热力站温度过高，最不利（一般为末端）热力站温度过低，水力失调度极大。最终反映在采暖用户上的现象是前端换热站所带用户热的“开窗散热”，末端换热站所带用户室温不达标，即一些用户过热一些用户偏冷[3]。为保证末端用户供热质量，只能一味的升高热源温度或提高总的循环流量，导致的结果是“冷热不均”现象更加严重。为此该热力公司采用北京某节能公司自主研发的“全网平衡软件[4]”，以实际采集到的各热力站二次网供回水平均温度作为目标值，通过自动计算，每隔25 min（自行设定）对一次网电动调节阀开度进行一次调节，使该站二次网供回水平均温度趋于目标值，从而达到均匀性调节的目的，大大减少了“冷热不均”的现象。

各热力站二次网平均温度均匀与否，基本反映了系统调节的好坏。基于此，我们采用热网的水力失调度作为定量评价的指标，水力失调度综合反映了全网热力工况均匀程度，其值越小，说明系统调节越均匀，控制效果越好。消除水力失调的最终目的就是为了消除系统的水平热力失调，因此二者是一致的。由于消除了系统的水平热力失调，保证了整个系统供热的均匀性，从而避免了部分用户出现过热而部分用户室温却不达标的现象，因此在同样满足用户的基本供热需求的条件下，可以节省大量的热量。

2.2 不同时段的全网均匀性调节

为保证用户室温的舒适性要求，不仅要做到同一时段全网的均匀性调节，还要做到整个采暖季不同时段的全网均匀性调节，这就要求采用同一基准热指标（不同外温下保证室温18℃进行折算）供热，以保证用户室内温度不做大范围的波动，避免出现“忽高忽低”的现象。所以室外温度是影响供热需求的最大因素，热源供应要根据当地室外温度的变化而实时调节。以所在热力公司为例，通过一系列的优化措施后，我们整理之前采暖季的室外温度数据以及单位面积耗热量的数据，将这些数据进行拟合，得出对应的函数关系。这样我们通过天气预报及天气后报系统将气温数据代入函数计算，得到对应的单位面积耗热量。再配合全网平衡软件自动计算出当前的目标温度值，并由电脑自动调控各站的电动阀门开度值，从而保证热电厂的热源能够均匀地分配给各个热力站。结合以往集中供热系统的运行数据，得出相应的调度数据。这样既满足正常的供热效果，又尽可能地节约能源。

图1 2016—2017采暖季日调度热负荷曲线

2016-2017采暖季实际数据得出实际单位面积耗热量393.34 MJ/m2采暖季，将温度折到同一基准线（0℃），去除温度影响后，实际单位面积热负荷为31.5 W/m2。通过单位面积耗热量31.5 W/m2（室外平均温度0℃对应的基准热单耗），结合本采暖季的天气预报以及天气后报数据，按用户室内温度18℃折算就可得出图1中的曲线，调度人员根据天气预报计算相应的热单耗来控制室温维持在同一标准，这样可以有效地提高系统运行的可靠性以及经济性，保证整个采暖季不同时段的全网均匀性调节。

3 热源调度效果分析

3.1 不同采暖季单耗对比

不同的采暖季，室外温度变化与日耗热量、日供暖面积均不相同，因此，由日耗热量、日供暖面积计算日单耗，再根据室外温度和室温18℃的要求，去除温度影响折算至同一标准0℃，绘制图2对比两个采暖季的同一天的日单耗，从图中可以看出在采暖季初寒期及末寒期折合后的单耗均比较大。

图2 2017-2018与2016-2017采暖季实际热单耗对比

3.2 调度运行中出现的问题

集中供热系统的运行调度并不像实际计算那么简单，用户供热质量很多时候还是依靠投诉情况和室温抽查来判断，无法精确到每一户。二网的失调同样会影响用户室温的均匀性，在一网达到平衡后，换热站相关工作人员需要把重点放在二次网调节工作中。天气预报的准确性也决定了热源调度的准确程度，太阳辐射的多少也同样影响室温，对比阳面和阴面的住户会更加明显。电厂和热力公司分属两家企业的情况比较多，采暖初寒期、末寒期室外温度较高，电厂热源无法按照热力公司要求降低温度或流量，严寒期室外温度较低，又存在热源不够的情况，所以在同一基准下，必然出现“两头高中间低”的实际情况，图3是2017——2018采暖季实际热单耗（折合0℃）与计划调度热单耗曲线，2017——2018采暖季计划调度热单耗31.5 W/m2（0℃对应的），对应的是图3中的水平直线，在严寒期室外温度较低时，实际热单耗与计划热单耗基本吻合，在初寒期、末寒期室外温度较高的时间段，实际热单耗会高于计划热单耗，并且偏差很大，主要归根于这段时间调度无法与室外温度相符，如果这段时间能实现合理的热源调度，节能量更会大大地提高。